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单点登录原理与简单实现

一、什么是单点登录?

什么是单点登录?单点登录全称Single Sign On(以下简称SSO),是指在多系统应用群中登录一个系统,便可在其他所有系统中得到授权而无需再次登录,包括单点登录与单点注销两部分。

二、为什么要单点登录?

web系统早已从久远的单系统发展成为如今由多系统组成的应用群,面对如此众多的系统,用户的登录和注销变得复杂和繁琐。通过单点登录,我们可以将系统登录、注销的复杂性转到系统内部承担,用户访问web系统的整个应用群与访问单个系统一样,登录/注销只要一次就够了,即对用户而言,无论web系统内部多么复杂,都是一个统一的整体。

三、原来的单系统跟现在复杂的web系统应用群比较

如果没有单点登录的话,用户登录一个复杂的web系统,就会和登录单个系统一样,在多个子系统之间,频繁的登录、注销,如下图:

通过单点登录,用户只要登录一次,就可以在应用群的各个子系统之间自然的切换,如下图:

四、单点登录实现原理

1.登录

相比于单系统登录,sso需要一个独立的认证中心,只有认证中心能接受用户的用户名密码等安全信息,其他系统不提供登录入口,只接受认证中心的间接授权。间接授权通过令牌实现,sso认证中心验证用户的用户名密码没问题,创建授权令牌,在接下来的跳转过程中,授权令牌作为参数发送给各个子系统,子系统拿到令牌,即得到了授权,可以借此创建局部会话,局部会话登录方式与单系统的登录方式相同。这个过程,也就是单点登录的原理,用下图说明:

说明:

  • 1)用户访问系统1的受保护资源,系统1发现用户未登录,跳转至sso认证中心,并将自己的地址作为参数;
  • 2)sso认证中心发现用户未登录,将用户引导至登录页面;
  • 3)用户输入用户名密码提交登录申请;
  • 4)sso认证中心校验用户信息,创建用户与sso认证中心之间的会话,称为全局会话,同时创建授权令牌;
  • 5)sso认证中心带着令牌跳转会最初的请求地址(系统1);
  • 6)系统1拿到令牌,去sso认证中心校验令牌是否有效;
  • 7)sso认证中心校验令牌,返回有效,注册系统1;
  • 8)系统1使用该令牌创建与用户的会话,称为局部会话,返回受保护资源;
  • 9)用户访问系统2的受保护资源;
  • 10)系统2发现用户未登录,跳转至sso认证中心,并将自己的地址作为参数;
  • 11)sso认证中心发现用户已登录,跳转回系统2的地址,并附上令牌;
  • 12)系统2拿到令牌,去sso认证中心校验令牌是否有效;
  • 13)sso认证中心校验令牌,返回有效,注册系统2;
  • 14)系统2使用该令牌创建与用户的局部会话,返回受保护资源;

用户登录成功之后,会与sso认证中心及各个子系统建立会话,用户与sso认证中心建立的会话称为全局会话,用户与各个子系统建立的会话称为局部会话,局部会话建立之后,用户访问子系统受保护资源将不再通过sso认证中心,全局会话与局部会话有如下约束关系

  • 1)局部会话存在,全局会话一定存在;
  • 2)全局会话存在,局部会话不一定存在;
  • 3)全局会话销毁,局部会话必须销毁;

你可以通过博客园、百度、csdn、淘宝等网站的登录过程加深对单点登录的理解,注意观察登录过程中的跳转url与参数。

2.注销

单点登录自然也要单点注销,在一个子系统中注销,所有子系统的会话都将被销毁,用下面的图来说明:

sso认证中心一直监听全局会话的状态,一旦全局会话销毁,监听器将通知所有注册系统执行注销操作。

说明:

  • 1)用户向系统1发起注销请求;
  • 2)系统1根据用户与系统1建立的会话id拿到令牌,向sso认证中心发起注销请求;
  • 3)sso认证中心校验令牌有效,销毁全局会话,同时取出所有用此令牌注册的系统地址;
  • 4)sso认证中心向所有注册系统发起注销请求;
  • 5)各注册系统接收sso认证中心的注销请求,销毁局部会话;
  • 6)sso认证中心引导用户至登录页面;

五、部署图

单点登录涉及sso认证中心与众子系统,子系统与sso认证中心需要通信以交换令牌、校验令牌及发起注销请求,因而子系统必须集成sso的客户端,sso认证中心则是sso服务端,整个单点登录过程实质是sso客户端与服务端通信的过程,用下图描述:

sso认证中心与sso客户端通信方式有多种,这里以简单好用的httpClient为例,web service、rpc、restful api都可以。

六、实现

只是简要介绍下基于java的实现过程,不提供完整源码,明白了原理,我相信你们可以自己实现。sso采用客户端/服务端架构,我们先看sso-client与sso-server要实现的功能(下面:sso认证中心=sso-server):

sso-client

1) 拦截子系统未登录用户请求,跳转至sso认证中心;
2) 接收并存储sso认证中心发送的令牌;
3) 与sso-server通信,校验令牌的有效性;
4) 建立局部会话;
5) 拦截用户注销请求,向sso认证中心发送注销请求;
6) 接收sso认证中心发出的注销请求,销毁局部会话;
  
sso-server

1) 验证用户的登录信息;
2) 创建全局会话;
3) 创建授权令牌;
4) 与sso-client通信发送令牌;
5) 校验sso-client令牌有效性;
6) 系统注册;
7) 接收sso-client注销请求,注销所有会话;

接下来,我们按照原理来一步步实现sso吧!

1.sso-client拦截未登录请求
  
java拦截请求的方式有servlet、filter、listener三种方式,我们采用filter。在sso-client中新建LoginFilter.java类并实现Filter接口,在doFilter()方法中加入对未登录用户的拦截:

public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
    HttpServletRequest req = (HttpServletRequest) request;
    HttpServletResponse res = (HttpServletResponse) response;
    HttpSession session = req.getSession();

    if (session.getAttribute("isLogin")) {
        chain.doFilter(request, response);
        return;
    }
    //跳转至sso认证中心
    res.sendRedirect("sso-server-url-with-system-url");
}

2.sso-server拦截未登录请求

拦截从sso-client跳转至sso认证中心的未登录请求,跳转至登录页面,这个过程与sso-client完全一样。

3.sso-server验证用户登录信息

用户在登录页面输入用户名密码,请求登录,sso认证中心校验用户信息,校验成功,将会话状态标记为“已登录”:

@RequestMapping("/login")
public String login(String username, String password, HttpServletRequest req) {
    this.checkLoginInfo(username, password);
    req.getSession().setAttribute("isLogin", true);
    return "success";
}

4.sso-server创建授权令牌

授权令牌是一串随机字符,以什么样的方式生成都没有关系,只要不重复、不易伪造即可,下面是一个例子:

String token = UUID.randomUUID().toString();

5.sso-client取得令牌并校验

sso认证中心登录后,跳转回子系统并附上令牌,子系统(sso-client)取得令牌,然后去sso认证中心校验,在LoginFilter.java的doFilter()中添加几行:

// 请求附带token参数
String token = req.getParameter("token");
if (token != null) {
    // 去sso认证中心校验token
    boolean verifyResult = this.verify("sso-server-verify-url", token);
    if (!verifyResult) {
        res.sendRedirect("sso-server-url");
        return;
    }
    chain.doFilter(request, response);
}

verify()方法使用httpClient实现,这里仅简略介绍,httpClient详细使用方法请参考官方文档:

HttpPost httpPost = new HttpPost("sso-server-verify-url-with-token");
HttpResponse httpResponse = httpClient.execute(httpPost);

6.sso-server接收并处理校验令牌请求

用户在sso认证中心登录成功后,sso-server创建授权令牌并存储该令牌,所以,sso-server对令牌的校验就是去查找这个令牌是否存在以及是否过期,令牌校验成功后sso-server将发送校验请求的系统注册到sso认证中心(就是存储起来的意思)。

令牌与注册系统地址通常存储在key-value数据库(如redis)中,redis可以为key设置有效时间也就是令牌的有效期。redis运行在内存中,速度非常快,正好sso-server不需要持久化任何数据。

令牌与注册系统地址可以用下图描述的结构存储在redis中,可能你会问,为什么要存储这些系统的地址?如果不存储,注销的时候就麻烦了,用户向sso认证中心提交注销请求,sso认证中心注销全局会话,但不知道哪些系统用此全局会话建立了自己的局部会话,也不知道要向哪些子系统发送注销请求注销局部会话。

7.sso-client校验令牌成功创建局部会话

令牌校验成功后,sso-client将当前局部会话标记为“已登录”,修改LoginFilter.java,添加几行:

if (verifyResult) {
    session.setAttribute("isLogin", true);
}

sso-client还需将当前会话id与令牌绑定,表示这个会话的登录状态与令牌相关,此关系可以用java的hashmap保存,保存的数据用来处理sso认证中心发来的注销请求。

8.注销过程

用户向子系统发送带有“logout”参数的请求(注销请求),sso-client拦截器拦截该请求,向sso认证中心发起注销请求:

String logout = req.getParameter("logout");
if (logout != null) {
    this.ssoServer.logout(token);
}

sso认证中心也用同样的方式识别出sso-client的请求是注销请求(带有“logout”参数),sso认证中心注销全局会话:

@RequestMapping("/logout")
public String logout(HttpServletRequest req) {
    HttpSession session = req.getSession();
    if (session != null) {
        session.invalidate();//触发LogoutListener
    }
    return "redirect:/";
}

sso认证中心有一个全局会话的监听器,一旦全局会话注销,将通知所有注册系统注销:

public class LogoutListener implements HttpSessionListener {
    @Override
    public void sessionCreated(HttpSessionEvent event) {}
    @Override
    public void sessionDestroyed(HttpSessionEvent event) {
        //通过httpClient向所有注册系统发送注销请求
    }
}

参考文章:

  1. 单点登录原理与简单实现

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